JP2018095938A - プラズマ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ワークの一部にプラズマ処理を行なうプラズマ装置において、処理対象物の変形を抑制する。【解決手段】プラズマ装置は、第１型及び第２型を有し、閉じられた第１型及び第２型の内部にワークを密封する容器と、処理対象物の処理対象部分の温度を計測する第１放射温度計と、処理対象部分の外周の非処理対象部分を覆うマスキング部材の非処理対象部分に対応する部分の温度を計測する第２放射温度計と、容器内に密封されたワークのマスキング部材を加熱する加熱器と、前記プラズマ処理を制御する制御部とを備える。制御部は、プラズマ処理を行なう際に、第１放射温度計により計測される処理対象部分の温度と、第２放射温度計により計測される非処理対象部分の温度との温度差が、予め定めた処理対象部分の温度に対する許容温度差に収まるように、加熱器をフィードバック制御する。【選択図】図１
Description
本発明は、プラズマ装置に関する。
プラズマＣＶＤ法により、基板に成膜を行う装置が知られている。特許文献１には、成膜室の上部と下部とで基板を挟み込み、成膜室に成膜ガスを充填し、成膜室の内部の基板の下側に配置された高周波電極から基板の上側に配置された接地電極に向かうプラズマを発生させることにより、成膜を行なう装置が記載されている。
基板の成膜対象部分の外周の非成膜対象部分が成膜されないようにする場合、その非成膜対象部分を覆うようにマスキング部材を配置する方法が採用されることが多い。しかしながら、マスキング部材として利用される部材は、通常、熱容量が大きい場合が多い。このため、非成膜対象部分の箇所によっては（例えば、基板を挟み込んでいる成膜室の上部と下部の間にある箇所）、成膜対象部分との温度差が大きくなって基板が変形する可能性がある。また、プラズマによりエッチングを行う場合においても同様である。そのため、成膜又はエッチングのプラズマ処理を行うプラズマ装置において、処理対象物の処理対象部分と非処理対象部分の温度差により発生する処理対象物の変形を抑制可能な技術が望まれていた。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
（１）本発明の一形態によれば、ワークの一部にプラズマ処理を行なうプラズマ装置が提供される。前記ワークは、処理対象物と、前記処理対象物の処理対象部分の外周の非処理対象部分を覆うマスキング部材と、を有する。前記プラズマ装置は、第１型及び第２型を有し、閉じられた前記第１型及び前記第２型の内部に前記ワークを密封する容器と；前記処理対象部分の温度を計測する第１放射温度計と；前記非処理対象部分に対応する前記マスキング部材の部分の温度を計測する第２放射温度計と；前記容器内に密封された前記ワークの前記マスキング部材を加熱する加熱器と；前記プラズマ処理を制御する制御部と；を備える。前記制御部は、前記プラズマ処理を行なう際に、前記第１放射温度計により計測される前記処理対象部分の温度と、前記第２放射温度計により計測される前記非処理対象部分の温度との温度差が、予め定めた前記処理対象部分の温度に対応する許容温度差に収まるように、前記加熱器をフィードバック制御する。
この形態のプラズマ装置によれば、プラズマ処理中において、処理対象部分の温度と非処理対象部分の温度の温度差が許容温度差に収まるようにすることができるので、処理対象物の変形を抑制することができる。
この形態のプラズマ装置によれば、プラズマ処理中において、処理対象部分の温度と非処理対象部分の温度の温度差が許容温度差に収まるようにすることができるので、処理対象物の変形を抑制することができる。
本発明は、上述したプラズマ装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、プラズマ処理を行う方法や、プラズマ装置の制御方法及び制御装置、それらの装置又は方法の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。
Ａ．第１実施形態：
Ａ１．プラズマ装置の構成：
図１は、本発明の第１実施形態におけるプラズマ装置２００の構成を示す概略断面図である。図２は、プラズマ装置２００の分解斜視図である。図１及び図２には、相互に直交するＸＹＺ軸が図示されている。Ｙ軸方向は鉛直方向を示し、Ｘ軸方向は水平方向を示し、Ｚ軸方向はＹ軸及びＸ軸に垂直な方向を示す。このことは、以降の図においても同様である。
Ａ１．プラズマ装置の構成：
図１は、本発明の第１実施形態におけるプラズマ装置２００の構成を示す概略断面図である。図２は、プラズマ装置２００の分解斜視図である。図１及び図２には、相互に直交するＸＹＺ軸が図示されている。Ｙ軸方向は鉛直方向を示し、Ｘ軸方向は水平方向を示し、Ｚ軸方向はＹ軸及びＸ軸に垂直な方向を示す。このことは、以降の図においても同様である。
プラズマ装置２００は、いわゆるプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって、導電性を有するワークＷの処理対象部分１０Ａに薄膜を形成する装置である。ワークＷは、処理対象物１０とマスキング部材２０とを含む。第１実施形態において、処理対象物１０は、燃料電池のセパレータの基材として用いられる板状の金属部材である。プラズマ装置２００は、処理対象物１０の処理対象部分１０Ａに、例えば導電性の炭素系の薄膜を形成する。
プラズマ装置２００は、真空容器（チャンバー）１００と、放射温度計４３，４４と、ヒーター（加熱器）４１，４２と、絶縁部材３０と、電力印加部７０と、を備える。プラズマ装置２００は、さらに、開閉装置５０と、搬送装置５５と、ガス供給装置８０と、排気装置９０と、制御部９５と、パレット１３０と、シール部材６０と、を備える。なお、図２では、開閉装置５０と、搬送装置５５と、電力印加部７０及びその電力導入部７１と、ガス供給装置８０及びその供給口８１と、排気装置９０及び排気口９１と、制御部９５と、は図示を省略している。
真空容器１００は、分割可能な金属製の容器である。真空容器１００は、第１型１１０と、第１型１１０に対向して配置された第２型１２０と、を備える。第１型１１０は、第１窪み部１１４と第１窪み部１１４の周囲に配置された第１平面部１１１とを備える。第１窪み部１１４はワークＷから離間する方向に窪んでおり、第１実施形態ではワークＷの上面側の処理対象部分１０Ａから見て上方（＋Ｙ方向）に窪んでいる。また、第１窪み部１１４は、側部１１２と底部１１３とを備える。第１実施形態では、第１窪み部１１４と第１平面部１１１との接続箇所は、処理対象部分１０Ａの端部と、同一のＹＺ平面上に位置している。第２型１２０は、ワークＷの下面側の処理対象部分１０Ａから見て下方（−Ｙ方向）に窪んだ第２窪み部１２４と、第２窪み部１２４の周囲に配置された第２平面部１２１と、を備える。第２窪み部１２４は、側部１２２と底部１２３とを備える。第２平面部１２１は、第１型１１０の第１平面部１１１に対応する部分に配置されている。第１実施形態では、第２窪み部１２４と第２平面部１２１との接続箇所は、処理対象部分１０Ａの端部と、同一のＹＺ平面上に位置している。第１実施形態において、第１平面部１１１及び第２平面部１２１は、ＸＺ平面と平行である。第１型１１０及び第２型１２０は、真空容器１００内にガス供給装置８０からガスを供給するための供給口８１と、真空容器１００内を排気装置９０によって排気するための排気口９１と、を備える。供給口８１及び排気口９１には、開閉可能な弁（不図示）が設けられている。また、第２型１２０は、ワークＷに電圧を印加するための電力導入部７１を備える。第２型１２０と電力導入部７１との間は、絶縁部材３５によって電気的に絶縁されている。第１実施形態において、真空容器１００は、アース電位を有している。真空容器１００内において、ワークＷは、第１平面部１１１から離間され、かつ、ワークＷの処理対象部分１０Ａは真空容器１００が閉じた状態において第１窪み部１１４内の空間に向けられている。
なお、第１実施形態では、ワークＷのうち第１窪み部１１４内及び第２窪み部１２４内に位置する部分には、ワークＷの上面側と下面側とを貫通する孔が開いていないが、当該部分には、真空容器１００が閉じた状態においてワークＷの上面側と下面側とを貫通する孔が設けられていてもよい。
マスキング部材２０は、処理対象物１０の非処理対象部分１０Ｂを覆う部材である。言い換えると、マスキング部材２０は、処理対象物１０の処理対象部分１０Ａにおいて開口する部材である。第１実施形態では、マスキング部材２０は、上側マスキング部材２１と下側マスキング部材２２とを有する。上側マスキング部材２１は、処理対象物１０の第１型１１０側に配置されている。下側マスキング部材２２は、処理対象物１０の第２型１２０側に配置されている。第１実施形態において、下側マスキング部材２２は、処理対象物１０を支持する。マスキング部材２０は、導電性の部材で形成されている。処理対象物１０とマスキング部材２０とは、接触することにより電気的に接続されている。なお、マスキング部材２０（２１，２２）を構成する部材としては、チタン（Ｔｉ），アルミニウム（Ａｌ），ステンレス鋼（ＳＵＳ）等が用いられる。
絶縁部材３０は、第１型１１０の第１平面部１１１と第２型１２０との間に配置されている。第１実施形態では、絶縁部材３０は第１平面部１１１と第２平面部１２１との間に配置されている。絶縁部材３０は、ワークＷの上面側の処理対象部分１０Ａを第１窪み部１１４内の空間に向けるとともに、ワークＷを第１平面部１１１から離間させた状態で、ワークＷに接触する。また、第１実施形態では、絶縁部材３０は、ワークＷの下面側の処理対象部分１０Ａを第２窪み部１２４内の空間に向けるとともに、ワークＷを第２平面部１２１から離間させた状態で、ワークＷに接触する。第１実施形態では、絶縁部材３０は、ワークＷのうちの下側マスキング部材２２に接触して下側マスキング部材２２を支持する。絶縁部材３０は、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等のセラミックスで形成されている。
パレット１３０は、金属製の板状部材である。パレット１３０は、ワークＷを真空容器１００内に搬送する部材でもある。パレット１３０には、絶縁部材３０、下側マスキング部材２２、処理対象物１０及び上側マスキング部材２１が、この順に＋Ｙ方向に積載される。第１実施形態において、パレット１３０は、アース電位を有している。なお、パレット１３０を構成する金属製の部材としては、チタン（Ｔｉ），アルミニウム（Ａｌ），ステンレス鋼（ＳＵＳ）等が用いられる。
シール部材６０（６１，６２）は、第１型１１０の第１平面部１１１と第２型１２０との間に配置されている。シール部材６０は、真空容器１００内の気密を保つための部材である。シール部材６０は、絶縁性の部材であり、第１実施形態ではゴム製の環状部材である。第１実施形態では、シール部材６０は、オーリングを用いている。第１実施形態では、シール部材６１は第１型１１０に設けられた溝部に嵌め込まれている。シール部材６２は、第２型１２０に設けられた溝部に嵌め込まれている。
第１放射温度計４３は、ワークＷの上面側の処理対象部分１０Ａの計測対象部分Ｐｄの温度を非接触で計測するように、第１型１１０の上部に設けられている。第２放射温度計４４は、ワークＷの上面側の非処理対象部分１０Ｂに対応する上側マスキング部材２１（マスキング部材２０）の部分の計測対象部分Ｐｎの温度を非接触で計測するように、第１型１１０に設けられている。
ヒーター４１，４２は、非処理対象部分１０Ｂに対応するマスキング部材２０の部分を加熱するように、マスキング部材２０に対向する位置に配置されている。具体的には、上側ヒーター４１は、第１型１１０の上側マスキング部材２１に対向する面を加熱するように第１平面部１１１の第１型１１０内に配置されている。下側ヒーター４２は、第２型１２０の下側マスキング部材２２に対向する面を加熱するように第２平面部１２１の第２型１２０内に配置されている。なお、放射温度計４３，４４及びヒーター４１，４２については、さらに後述する。
開閉装置５０は、真空容器１００を開閉するための装置である。第１実施形態では、開閉装置５０は、第１型１１０を＋Ｙ方向に移動させて真空容器１００を開き、第１型１１０を−Ｙ方向に移動させて真空容器１００を閉じる。
搬送装置５５は、パレット１３０を真空容器１００内へ搬送し、パレット１３０を真空容器１００外へ搬送するための装置である。第１実施形態では、搬送装置５５は、パレット１３０の端部１３０ｔに接触して、真空容器１００が開いた状態において、パレット１３０及びパレット１３０に積載された絶縁部材３０、マスキング部材２０、処理対象物１０を真空容器１００内に搬送する。また、搬送装置５５は、搬送したパレット１３０を下方に移動させることによって、シール部材６２を介してパレット１３０を第２型１２０上に設置する。また、搬送装置５５は、上方に移動させたパレット１３０をＸＺ平面に沿って移動させて真空容器１００外へ搬送することも可能である。
電力印加部７０は、プラズマを発生させるための装置である。電力印加部７０は、ワークＷに電力を印加する。電力印加部７０は、真空容器１００内に供給された原料ガスをプラズマ化するための電場を生成する。第１実施形態では、電力導入部７１と処理対象物１０及びマスキング部材２０は陰極であり、第１型１１０、第２型１２０及びパレット１３０は陽極である。第１実施形態では、電力印加部７０は、下側マスキング部材２２を通じて処理対象物１０にバイアス電圧を印加する。電力印加部７０は、例えば、電力導入部７１に−３０００Ｖの電圧を印加することができる。なお、第１実施形態では、真空容器１００及びパレット１３０はアース（０Ｖ）に接続されている。
ガス供給装置８０は、供給口８１を介して、真空容器１００内にキャリアガス及び原料ガスを供給する。第１実施形態では、ガス供給装置８０は、キャリアガスとして例えば窒素（Ｎ２）ガスやアルゴン（Ａｒ）ガスを供給し、原料ガスとして例えばピリジン（Ｃ５Ｈ５Ｎ）ガスを供給する。ガス供給装置８０は、異なる種類のガスを貯留するタンクと接続されている。ガス供給装置８０は、各タンクと供給口８１との間に設けられた切替弁が操作されることにより、供給口８１に供給されるガスの種類を切り替えることが可能である。また、ガス供給装置８０は、真空容器１００内の圧力を、開閉装置５０が真空容器１００を開くことが可能な程度の圧力に戻すために、プラズマ装置２００による成膜後やエッチング後に真空容器１００内に例えば窒素ガスを供給する。
排気装置９０は、排気口９１を介して、真空容器１００内を排気する。排気装置９０は、例えば、ロータリーポンプや拡散ポンプ、ターボ分子ポンプ等により構成される。
制御部９５は、プラズマ装置２００全体の動作を制御する。制御部９５は、ＣＰＵとメモリーとを含む。ＣＰＵは、メモリーに格納されたプログラムを実行することによって、プラズマ装置２００の制御を行う。このプログラムは、各種記録媒体に記録されていてもよい。例えば、制御部９５は、開閉装置５０を制御して真空容器１００を開閉し、搬送装置５５を制御してパレット１３０を搬送する。また、制御部９５は、排気装置９０を制御して真空容器１００内を排気し、ガス供給装置８０を制御して真空容器１００内にガスを供給し、電力印加部７０を制御してワークＷに電力を印加する。さらにまた、制御部９５は、後述するように、放射温度計４３，４４から得られる温度に基づいてヒーター４１，４２の加熱動作を制御する。
図３は、プラズマ装置２００によるプラズマ処理方法の一例について示す工程図である。以下では、プラズマ装置２００によりワークＷの一部に成膜を行う方法を例に挙げて説明する。制御部９５によってプラズマ装置２００による成膜の処理が開始されると、まず、ワークＷが真空容器１００内に搬送される（ステップＳ１０）。第１実施形態では、真空容器１００の第１型１１０が開閉装置５０によって＋Ｙ軸方向に移動され、絶縁部材３０、マスキング部材２０及び処理対象物１０が積載されたパレット１３０が、搬送装置５５によって真空容器１００内に搬送される。搬送されたパレット１３０は、シール部材６２を介して第２型１２０上に配置される。
次に、真空容器１００が閉じられる（ステップＳ２０）。第１実施形態では、真空容器１００内にパレット１３０が搬送された後、開閉装置５０によって第１型１１０が−Ｙ軸方向に移動される。真空容器１００が閉じられると、処理対象部分１０Ａは真空容器１００の第１窪み部１１４及び第２窪み部１２４内の空間に向けられた状態になる。ワークＷは、第１平面部１１１及び第２平面部１２１から離間された状態で、真空容器１００の内部に密封される。
次に、真空容器１００内のガスが排気される（ステップＳ３０）。第１実施形態では、プラズマ装置２００は、例えば、窒素ガス雰囲気に設置されている。ステップＳ３０では、排気装置９０によって排気口９１を介して真空容器１００内の窒素ガスが排気され、真空容器１００内が真空化される。
真空容器１００内のガスが排気されると、真空容器１００内に原料ガスが供給される（ステップＳ４０）。ステップＳ４０では、ガス供給装置８０によって供給口８１を介してキャリアガス及び原料ガスが供給される。真空容器１００内には、キャリアガスとして、例えば、水素ガス及びアルゴンガスが供給される。また、原料ガスとして、窒素ガス及びピリジンガスが供給される。ステップＳ４０では、真空容器１００内の圧力値は、例えば、１１Ｐａである。なお、例えば成膜速度を高めるために、原料ガスが供給される前に、電力印加部７０によりワークＷ（処理対象物１０、マスキング部材２０）と真空容器１００との間に電力を印加して、ワークＷの温度を昇温させてもよい。
次に、ワークＷに電力が印加されるとともに、ヒーター４１，４２の加熱制御が行われる（ステップＳ５０）。ヒーター４１，４２の加熱制御が行われるとともに、電力印加部７０によってワークＷと真空容器１００との間に電力が印加されると、第１窪み部１１４内及び第２窪み部１２４内にプラズマが発生し、処理対象物１０の処理対象部分１０Ａに薄膜が形成される。以上のようにして、プラズマ装置２００による成膜が行われる。ステップＳ５０では、電力印加部７０によって、ワークＷに例えば−３０００Ｖの電力（直流電力）が印加される。また、後述するように、放射温度計４３，４４の計測結果に基づいてヒーター４１，４２の加熱制御が行われる。ステップＳ５０が終了すると、原料ガスの供給と電力の印加とが停止されて成膜が終了する。
成膜が終了すると、真空容器１００内の圧力が調整される（ステップＳ５５）。第１実施形態では、真空容器１００内の圧力を、開閉装置５０によって真空容器１００を開くことが可能な程度の圧力に戻すために、ガス供給装置８０によって真空容器１００内に窒素ガスが供給される。なお、真空容器１００内の圧力が調整されると、第１型１１０が開閉装置５０によって＋Ｙ軸方向に移動され、搬送装置５５によって絶縁部材３０、マスキング部材２０及び処理対象物１０が積載されたパレット１３０が、真空容器１００から搬出される。以上のようにしてプラズマ装置２００による一連のプラズマ処理方法が終了する。
Ａ２．ヒーターの加熱制御：
図４は、第１放射温度計４３の計測対象部分Ｐｄと第２放射温度計４４の計測対象部分Ｐｎの一例を示す説明図である。第１実施形態では、図４に示すように、第１放射温度計４３は、ワークＷ（処理対象物１０）の上面側の処理対象部分１０Ａの中央位置を処理対象部分１０Ａの計測対象部分Ｐｄとして、その計測対象部分Ｐｄの温度を処理対象部分１０Ａの温度として計測する。また、第２放射温度計４４は、ワークＷの上面側の非処理対象部分１０Ｂの長手方向（Ｘ方向）の外周端部の中央位置に対応する上側マスキング部材２１の位置を非処理対象部分１０Ｂの計測対象部分Ｐｎとして、その計測対象部分Ｐｎの温度を非処理対象部分１０Ｂの温度として計測する。
図４は、第１放射温度計４３の計測対象部分Ｐｄと第２放射温度計４４の計測対象部分Ｐｎの一例を示す説明図である。第１実施形態では、図４に示すように、第１放射温度計４３は、ワークＷ（処理対象物１０）の上面側の処理対象部分１０Ａの中央位置を処理対象部分１０Ａの計測対象部分Ｐｄとして、その計測対象部分Ｐｄの温度を処理対象部分１０Ａの温度として計測する。また、第２放射温度計４４は、ワークＷの上面側の非処理対象部分１０Ｂの長手方向（Ｘ方向）の外周端部の中央位置に対応する上側マスキング部材２１の位置を非処理対象部分１０Ｂの計測対象部分Ｐｎとして、その計測対象部分Ｐｎの温度を非処理対象部分１０Ｂの温度として計測する。
処理対象部分１０Ａの温度と非処理対象部分１０Ｂの温度とを計測するのは、通常、非処理対象部分１０Ｂを覆うマスキング部材２０の熱容量が大きいため、非処理対象部分１０Ｂの温度が処理対象部分１０Ａの温度に比べて上昇し難く、処理対象部分１０Ａの温度に対して非処理対象部分１０Ｂの温度が低くなって、処理対象部分１０Ａと非処理対象部分１０Ｂとで温度差が発生するためである。そして、この温度差によって、後述するように処理対象物１０に反りやうねり等の塑性変形が発生するためである。
また、処理対象部分１０Ａの中央位置を処理対象部分１０Ａの計測対象部分Ｐｄとしているのは、処理対象部分１０Ａの中央位置が最も高温になる可能性が高いためである。非処理対象部分１０Ｂの長手方向（Ｘ方向）の外周端部の中央位置に対応する上側マスキング部材２１の位置を非処理対象部分１０Ｂの計測対象部分Ｐｎとしているのは、非処理対象部分１０Ｂの長手方向）の外周端部の中央位置が最も低温になる可能性が高いためである。但し、これらの位置に限定されるものではなく、なお、以下では、説明の便宜上、処理対象部分１０Ａの計測対象部分Ｐｄを単に「処理対象部分Ｐｄ」とも呼び、非処理対象部分１０Ｂの計測対象部分Ｐｎを単に「非処理対象部分Ｐｎ」とも呼ぶ。
図５は、処理対象部分Ｐｄと非処理対象部分Ｐｎとの温度差により発生する処理対象物１０の塑性変形について示す説明図である。図５は、横軸を処理対象部分Ｐｄの温度とし、縦軸を非処理対象部分Ｐｎの温度として、塑性変形が発生する温度差（塑性変形発生温度差）Ｔｐｄを示している。この塑性変形発生温度差Ｔｐｄは、処理対象物１０の部材に応じて定まるものである。この塑性変形発生温度差Ｔｐｄよりも上側の領域（図のハッチングの領域）であれば、処理対象部分Ｐｄの温度に対する非処理対象部分Ｐｎの温度の差が塑性変形発生温度差Ｔｐｄに比べて小さくなるので、塑性変形の発生は抑制される。これに対して、塑性変形発生温度差Ｔｐｄから下側の領域（図の無ハッチングの領域）の場合、処理対象部分Ｐｄの温度に対する非処理対象部分Ｐｎの温度の差が塑性変形発生温度差Ｔｐｄに比べて大きくなるので、塑性変形の発生が増大される。
そこで、第１実施形態では、以下で説明するように、ヒーター４１，４２（図１）の加熱動作を制御して、塑性変形の発生を抑制する。
図６は、ヒーター４１，４２の加熱制御の一例について示すフローチャートである。について示す。制御部９５によってヒーター４１，４２の加熱制御が開始されると、まず、処理対象部分Ｐｄの温度Ｔｄ及び非処理対象部分Ｐｎの温度Ｔｎが計測される（ステップＳ２１０）。そして、塑性変形発生温度差Ｔｐｄを許容温度差として、（Ｔｄ−Ｔｎ）＜Ｔｐｄとなるように、ヒーター４１，４２の加熱動作がフィードバック制御される（ステップＳ２２０）。具体的には、（Ｔｄ−Ｔｎ）≧Ｔｐｄの場合には、ヒーター４１，４２の加熱量を増加させ、（Ｔｄ−Ｔｎ）＜Ｔｐｄの場合には、ヒーター４１，４２の加熱量を減少させる。なお、処理対象部分Ｐｄの温度Ｔｄに対応する許容温度差としての塑性変形発生温度差Ｔｐｄは、予め制御部９５に記憶されており、計測された処理対象部分Ｐｄの温度Ｔｄに応じた許容温度差としての塑性変形発生温度差Ｔｐｄが、上述の判断に利用される。そして、ステップＳ２１０，Ｓ２２０の処理は、ステップＳ５０（図３）における処理が終了するまで、繰り返し実行される（ステップＳ２３０）。
図７は、ヒーター４１，４２の加熱制御の有無による塑性変形量の測定結果の一例を比較して示す説明図である。なお、この測定には、燃料電池のセパレータの基材として用いられる板状の金属部材の一例であるチタン材（厚さ０．５ｍｍ、幅は２００ｍｍ、長さは４００ｍｍ）を処理対象物１０として用いた。マスキング部材２０は、処理対象物１０と特性を合わせるため、同じチタン材を用いた。なお、＜＞内の数値は、塑性変形による反り量［ｍｍ］を示している。反り量は、処理対象物１０の中央部に対する外周部の最大の変形量とする。反り量の許容値を、例えば１０ｍｍとした。
ヒーター４１，４２の加熱制御が無かった場合、処理対象部分Ｐｄの温度に対する非処理対象部分Ｐｎの温度の温度差（図中、実線及び◆で示す）は、塑性変形発生温度差Ｔｐｄよりも下側の領域となり、反り量も許容値（１０ｍｍ）よりも大きい値となった。これに対して、ヒーター４１，４２の加熱制御が有った場合、処理対象部分Ｐｄの温度に対する非処理対象部分Ｐｎの温度の温度差（図中、実線及び■で示す）は、塑性変形発生温度差Ｔｐｄよりも上側の領域となり、反り量は許容値（１０ｍｍ）よりも小さい値となった。すなわち、処理対象部分Ｐｄの温度に対する非処理対象部分Ｐｎの温度の温度差が塑性変形発生温度差Ｔｐｄよりも小さくなるように、ヒーター４１，４２の加熱動作を制御することにより、許容値よりも低い反り量とすることができ、塑性変形量を抑制できることを確認した。
なお、上述の説明では、塑性変形発生温度差Ｔｐｄを許容温度差としてフィードバック制御する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されるものではなく、処理対象部分Ｐｄの温度に対応する許容温度差を塑性変形発生温度差Ｔｐｄよりも小さくする、すなわち、許容温度差を、図７（図６）において実線で示した塑性変形発生温度差Ｔｐｄよりも上側となる、ようにしてもよい。このようにすれば、処理対象部分Ｐｄの温度と非処理対象部分Ｐｎの温度の差が、より小さな温度差に収まるようにフィードバック制御することができるので、温度差により発生する変形量をより低くなるように抑制することができ、変形の許容値を低くすることができる。
以上説明したように、第１実施形態のプラズマ装置２００によれば、処理対象部分Ｐｄの温度に対する非処理対象部分Ｐｎの温度の温度差が許容温度差（本例では、塑性変形発生温度差Ｔｐｄ）に収まるように、ヒーター４１，４２の加熱動作をフィードバック制御することができる。これにより、処理対象部分Ｐｄの温度に対する非処理対象部分Ｐｎの温度の差が、図５の塑性変形抑制領域となるようにすることができるので、反りやうねり等の塑性変形の発生を抑制することができる。また、塑性変形が変形の許容値を超えて発生したセパレータを燃料電池に用いた場合、燃料電池の変形によって複数の燃料電池をスタック化した際の燃料電池間のずれを招き、発電性能の低下を招く。これに対して、第１実施形態のプラズマ装置２００によって塑性変形の発生が抑制されたセパレータを燃料電池に用いれば、複数の燃料電池をスタック化した際に発生する燃料電池間のずれを抑制することができ、発電性能の低下を抑制することができる。
Ａ３．異常放電抑制：
図８は、プラズマ装置２００の部分拡大図である。図８には、図１に破線で示したＸ部分が示されている。図８には、ワークＷと絶縁部材３０との接触点Ｐ１と、ワークＷと絶縁部材３０との接触点Ｐ２と、が示されている。接触点Ｐ１は、ワークＷと絶縁部材３０とが接触する箇所のうち、第１平面部１１１に対向する箇所である。接触点Ｐ１は、プラズマ装置２００の断面（図８）において、ワークＷと絶縁部材３０とが接触する箇所のうち、第１平面部１１１に最も近い接触箇所である。接触点Ｐ２は、ワークＷと絶縁部材３０とが接触する箇所のうち、第２平面部１２１に対向する箇所である。接触点Ｐ２は、プラズマ装置２００の断面（図８）において、ワークＷと絶縁部材３０とが接触する箇所のうち、第２平面部１２１に最も近い接触箇所である。図８にはさらに、接触点Ｐ１と第１平面部１１１との距離Ａ１と、ワークＷと第１窪み部１１４の底部１１３との距離Ｂ１と、が示されている。距離Ａ１は、ワークＷと絶縁部材３０との接触箇所と、第１平面部１１１との最短距離である。距離Ｂ１は、第１窪み部１１４と対向するワークＷと、第１窪み部１１４の底部１１３との距離であり、第１窪み部１１４の底部１１３とワークＷとの最短距離である。また、図８には、接触点Ｐ２と第２平面部１２１との距離Ａ２と、ワークＷと第２窪み部１２４の底部１２３との距離Ｂ２と、が示されている。距離Ａ２は、ワークＷと絶縁部材３０との接触箇所と、第２平面部１２１との最短距離である。距離Ｂ２は、第２窪み部１２４と対向するワークＷと、第２窪み部１２４の底部１２３との距離であり、第２窪み部１２４の底部１２３とワークＷとの最短距離である。プラズマ装置２００において、距離Ａ１は距離Ｂ１よりも小さい。言い換えると、ワークＷと第１平面部１１１とで形成される空間は、ワークＷと第１窪み部１１４とで形成される空間よりも小さい。また、第１実施形態では、距離Ａ２は、距離Ｂ２よりも小さい。言い換えると、ワークＷと第２平面部１２１とで形成される空間は、ワークＷと第２窪み部１２４とで形成される空間よりも小さい。
図８は、プラズマ装置２００の部分拡大図である。図８には、図１に破線で示したＸ部分が示されている。図８には、ワークＷと絶縁部材３０との接触点Ｐ１と、ワークＷと絶縁部材３０との接触点Ｐ２と、が示されている。接触点Ｐ１は、ワークＷと絶縁部材３０とが接触する箇所のうち、第１平面部１１１に対向する箇所である。接触点Ｐ１は、プラズマ装置２００の断面（図８）において、ワークＷと絶縁部材３０とが接触する箇所のうち、第１平面部１１１に最も近い接触箇所である。接触点Ｐ２は、ワークＷと絶縁部材３０とが接触する箇所のうち、第２平面部１２１に対向する箇所である。接触点Ｐ２は、プラズマ装置２００の断面（図８）において、ワークＷと絶縁部材３０とが接触する箇所のうち、第２平面部１２１に最も近い接触箇所である。図８にはさらに、接触点Ｐ１と第１平面部１１１との距離Ａ１と、ワークＷと第１窪み部１１４の底部１１３との距離Ｂ１と、が示されている。距離Ａ１は、ワークＷと絶縁部材３０との接触箇所と、第１平面部１１１との最短距離である。距離Ｂ１は、第１窪み部１１４と対向するワークＷと、第１窪み部１１４の底部１１３との距離であり、第１窪み部１１４の底部１１３とワークＷとの最短距離である。また、図８には、接触点Ｐ２と第２平面部１２１との距離Ａ２と、ワークＷと第２窪み部１２４の底部１２３との距離Ｂ２と、が示されている。距離Ａ２は、ワークＷと絶縁部材３０との接触箇所と、第２平面部１２１との最短距離である。距離Ｂ２は、第２窪み部１２４と対向するワークＷと、第２窪み部１２４の底部１２３との距離であり、第２窪み部１２４の底部１２３とワークＷとの最短距離である。プラズマ装置２００において、距離Ａ１は距離Ｂ１よりも小さい。言い換えると、ワークＷと第１平面部１１１とで形成される空間は、ワークＷと第１窪み部１１４とで形成される空間よりも小さい。また、第１実施形態では、距離Ａ２は、距離Ｂ２よりも小さい。言い換えると、ワークＷと第２平面部１２１とで形成される空間は、ワークＷと第２窪み部１２４とで形成される空間よりも小さい。
第１実施形態では、距離Ａ１及び距離Ａ２は、ワークＷと真空容器１００との間に電力を印加した場合に、ワークＷと真空容器１００（第１平面部１１１、第２平面部１２１）との間に形成されるシースの距離よりも短い。第１実施形態では、距離Ａ１及び距離Ａ２は、２．０ｍｍ以下である。なお、真空容器１００とワークＷとの絶縁性を十分に保つ観点から、距離Ａ１及び距離Ａ２は、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。
図８には、さらに、第１窪み部１１４と第１平面部１１１との接続箇所Ｑ１及び第２窪み部１２４と第２平面部１２１との接続箇所Ｑ２から接触点Ｐ１，Ｐ２までのＸ軸に沿った最短距離Ｃが示されている。距離Ｃは、第１窪み部１１４の側部１１２及び第２窪み部１２４の側部１２２から、接触点Ｐ１，Ｐ２までのＸ軸に沿った最短距離でもある。距離Ｃは、接触点Ｐ１，Ｐ２及び電力導入部７１とマスキング部材２０との接触部が、第１平面部１１１及び第２平面部１１２の間に配置されるように、０（ゼロ）よりも大きい値に設定される。第１実施形態では、距離Ｃは、１０ｍｍ以上である。
上記のように、真空容器１００が閉じた状態において、ワークＷと接触する絶縁部材３０は第１型１１０の第１平面部１１１と第２型１２０との間に配置され、ワークＷと絶縁部材３０との接触点Ｐ１と、第１平面部１１１と、の距離Ａ１は、ワークＷと第１窪み部１１４の底部１１３との距離Ｂ１よりも小さいため、ワークＷと第１平面部１１１とで形成される空間に第１窪み部１１４や第２窪み部１２４からプラズマが侵入することが抑制される。そのため、接触点Ｐ１におけるプラズマの量が低減されるので、異常放電の発生を抑制することができる。
同様に、ワークＷと絶縁部材３０との接触点Ｐ２と、第２平面部１２１と、の距離Ａ２は、ワークＷと第２窪み部１２４の底部１２３との距離Ｂ２よりも小さいため、ワークＷと第２平面部１２１とで形成される空間に第２窪み部１２４や第１窪み部１１４からプラズマが侵入することが抑制される。そのため、接触点Ｐ２におけるプラズマの量が低減されるので、異常放電の発生を抑制することができる。
また、第１窪み部１１４と第１平面部１１１との接続箇所Ｑ１及び第２窪み部１２４と第２平面部１２１との接続箇所Ｑ２から、絶縁部材３０までのＸ軸に沿った距離Ｃは０（ゼロ）よりも大きいため、第１窪み部１１４及び第２窪み部１２４で形成されるプラズマが発生する空間と、ワークＷと絶縁部材３０との接触点Ｐ１，Ｐ２とが離れている。そのため、接触点Ｐ１，Ｐ２におけるプラズマの量がより低減されるので、異常放電の発生をより抑制することができる。
また、ワークＷと絶縁部材３０との接触点Ｐ１と、第１平面部１１１と、の距離Ａ１は、ワークＷと第１平面部１１１との間に形成されるシースの距離よりも短いため、ワークＷと第１平面部１１１との間にプラズマを発生させないようにすることができる。また、ワークＷと絶縁部材３０との接触点Ｐ２と、第２平面部１２１と、の距離Ａ２は、ワークＷと第２平面部１２１との間に形成されるシースの距離よりも短いため、ワークＷと第２平面部１２１との間にプラズマを発生させないようにすることができる。そのため、接触点Ｐ１，Ｐ２におけるプラズマの量が効果的に低減されるので、異常放電の発生を効果的に抑制することができる。
また、距離Ａ１及び距離Ａ２は２．０ｍｍ以下であるため、ワークＷと第１平面部１１１とで形成される空間及びワークＷと第２平面部１２１とで形成される空間に、第１窪み部１１４及び第２窪み部１２４からプラズマが侵入することが一層抑制される。また、ワークＷと第１平面部１１１との間にプラズマを発生させないようにすることができる。また、ワークＷと第２平面部１２１との間にプラズマを発生させないようにすることができる。そのため、接触点Ｐ１，Ｐ２におけるプラズマの量が一層低減されるので、異常放電の発生を一層抑制することができる。
また、プラズマ装置２００において、ワークＷの処理対象部分１０Ａは第１窪み部１１４内の空間及び第２窪み部１２４内の空間に向けられており、絶縁部材３０とワークＷの端部とは、第１平面部１１１と第２平面部１２１との間に位置している。そのため、ワークＷ全体をプラズマが発生する空間内に収容する場合と比較して、プラズマ装置２００を小型化することができる。また、プラズマ装置２００では、成膜のために排気が行われる空間が小さいので、排気に要する時間を短くすることができ、ワークＷに成膜を行うために要する時間を短くすることができる。
なお、上述の第１実施形態では、プラズマ装置２００によりワークＷの一部に成膜を行っている。これに対し、プラズマ装置２００により、ワークＷの一部にエッチングを行うプラズマ処理を行なうようにしてもよい。エッチングを行う場合には、上述のプラズマ処理のうち、ガスが供給される工程（図３のステップＳ４０）において、真空容器１００内に例えば主にアルゴンを含むガスが供給されてもよい。
Ｂ．第２実施形態：
図９は、第２実施形態におけるプラズマ装置２００ａを示す図である。プラズマ装置２００ａが上記第１実施形態のプラズマ装置２００（図１）と異なる点は、上側ヒーター４１と下側ヒーター４２とが制御部９５ａによってそれぞれ独立に制御される点である。そのため、プラズマ装置２００ａでは、ワークＷの上面側の処理対象部分１０Ａの温度及び非処理対象部分１０Ｂに対応する上側マスキング部材２１の温度を計測する放射温度計４３ｕ，４４ｕに加えて、ワークＷの下面側の処理対象部分１０Ａの温度及び非処理対象部分１０Ｂに対応する下側マスキング部材２２の温度を計測する放射温度計４３ｄ，４４ｄが第２型１２０に設けられている。制御部９５ａは、上側放射温度計４３ｕ，４４ｕの温度に基づいて、上側ヒーター４１の加熱動作のフィードバック制御（図６）を行ない、下側放射温度計４３ｄ，４４ｄの温度に基づいて、下側ヒーター４２の加熱動作のフィードバック制御（図６）を行なう。また、プラズマ装置２００ａでは、第１実施形態のプラズマ装置２００と同様に、開閉装置５０、搬送装置５５、電力印加部７０、ガス供給装置８０、及び、排気装置９０を備えるが、図示の便宜上省略されている。なお、第２実施形態のその他の構成は、上述の第１実施形態と同様である。このプラズマ装置２００ａにおいても、第１実施形態と同様に、塑性変形の発生を抑制することができる。また、異常放電の発生を抑制することができる。
図９は、第２実施形態におけるプラズマ装置２００ａを示す図である。プラズマ装置２００ａが上記第１実施形態のプラズマ装置２００（図１）と異なる点は、上側ヒーター４１と下側ヒーター４２とが制御部９５ａによってそれぞれ独立に制御される点である。そのため、プラズマ装置２００ａでは、ワークＷの上面側の処理対象部分１０Ａの温度及び非処理対象部分１０Ｂに対応する上側マスキング部材２１の温度を計測する放射温度計４３ｕ，４４ｕに加えて、ワークＷの下面側の処理対象部分１０Ａの温度及び非処理対象部分１０Ｂに対応する下側マスキング部材２２の温度を計測する放射温度計４３ｄ，４４ｄが第２型１２０に設けられている。制御部９５ａは、上側放射温度計４３ｕ，４４ｕの温度に基づいて、上側ヒーター４１の加熱動作のフィードバック制御（図６）を行ない、下側放射温度計４３ｄ，４４ｄの温度に基づいて、下側ヒーター４２の加熱動作のフィードバック制御（図６）を行なう。また、プラズマ装置２００ａでは、第１実施形態のプラズマ装置２００と同様に、開閉装置５０、搬送装置５５、電力印加部７０、ガス供給装置８０、及び、排気装置９０を備えるが、図示の便宜上省略されている。なお、第２実施形態のその他の構成は、上述の第１実施形態と同様である。このプラズマ装置２００ａにおいても、第１実施形態と同様に、塑性変形の発生を抑制することができる。また、異常放電の発生を抑制することができる。
Ｃ．第３実施形態：
図１０は、第３実施形態におけるプラズマ装置２００ｂを示す図である。プラズマ装置２００ｂは、第１実施形態のプラズマ装置２００（図１）とは異なり、処理対象物１０の第１窪み部１１４側のみに成膜又はエッチングのプラズマ処理を行う。そのため、プラズマ装置２００ｂでは、真空容器１００ｂの第２型１２０ｂと処理対象物１０との間に空間がなく、第２型１２０ｂ上に絶縁部材３０ｂが接触し、絶縁部材３０ｂ上に下側マスキング部材２２ｂが接触し、下側マスキング部材２２ｂ上に処理対象物１０の下側全面が接触する。また、プラズマ装置２００ｂは、ワークＷを載置するパレット１３０を備えていない。また、プラズマ装置２００ｂでは、第１型１１０ｂ側に電力導入部７１が備えられている。また、プラズマ装置２００ｂでは、第１実施形態のプラズマ装置２００と同様に、放射温度計４３，４４、ヒーター４１，４２、開閉装置５０、搬送装置５５、電力印加部７０、ガス供給装置８０、排気装置９０、及び、制御部９５を備えるが、図示の便宜上省略されている。なお、上述の第１実施形態と同様に、第３実施形態においても、ワークＷと絶縁部材３０ｂとの接触点Ｐ１ｂと、第１平面部１１１と、の距離は、ワークＷと第１窪み部１１４の底部１１３との距離よりも小さい。なお、第３実施形態のその他の構成は、上述の第１実施形態と同様である。このプラズマ装置２００ｂにおいても、第１実施形態と同様に、塑性変形の発生を抑制することができる。また、異常放電の発生を抑制することができる。
図１０は、第３実施形態におけるプラズマ装置２００ｂを示す図である。プラズマ装置２００ｂは、第１実施形態のプラズマ装置２００（図１）とは異なり、処理対象物１０の第１窪み部１１４側のみに成膜又はエッチングのプラズマ処理を行う。そのため、プラズマ装置２００ｂでは、真空容器１００ｂの第２型１２０ｂと処理対象物１０との間に空間がなく、第２型１２０ｂ上に絶縁部材３０ｂが接触し、絶縁部材３０ｂ上に下側マスキング部材２２ｂが接触し、下側マスキング部材２２ｂ上に処理対象物１０の下側全面が接触する。また、プラズマ装置２００ｂは、ワークＷを載置するパレット１３０を備えていない。また、プラズマ装置２００ｂでは、第１型１１０ｂ側に電力導入部７１が備えられている。また、プラズマ装置２００ｂでは、第１実施形態のプラズマ装置２００と同様に、放射温度計４３，４４、ヒーター４１，４２、開閉装置５０、搬送装置５５、電力印加部７０、ガス供給装置８０、排気装置９０、及び、制御部９５を備えるが、図示の便宜上省略されている。なお、上述の第１実施形態と同様に、第３実施形態においても、ワークＷと絶縁部材３０ｂとの接触点Ｐ１ｂと、第１平面部１１１と、の距離は、ワークＷと第１窪み部１１４の底部１１３との距離よりも小さい。なお、第３実施形態のその他の構成は、上述の第１実施形態と同様である。このプラズマ装置２００ｂにおいても、第１実施形態と同様に、塑性変形の発生を抑制することができる。また、異常放電の発生を抑制することができる。
Ｄ．第４実施形態：
図１１は、第４実施形態におけるプラズマ装置２００ｃを示す図である。プラズマ装置２００ｃと上述の第１実施形態におけるプラズマ装置２００（図１）とが異なる主な点は、パレット１３０を用いずワークＷが配置される点である。そのため、プラズマ装置２００ｃでは、真空容器１００ｃにおいて、第２型１２０ｃの第２平面部１２１ｃが絶縁部材３０ｃと接触しつつ、ワークＷと第２型１２０ｃとを離間させている。また、プラズマ装置２００ｃでは、第１実施形態のプラズマ装置２００と同様に、放射温度計４３，４４、ヒーター４１，４２、開閉装置５０、搬送装置５５、電力印加部７０、ガス供給装置８０、排気装置９０、及び、制御部９５を備えるが、図示の便宜上省略されている。なお、上述の第１実施形態と同様に、第４実施形態においても、ワークＷと絶縁部材３０ｃとの接触点Ｐ１ｃと、第１平面部１１１と、の距離は、ワークＷと第１窪み部１１４の底部１１３との距離よりも小さい。また、ワークＷと絶縁部材３０ｃとの接触点Ｐ２ｃと、第２平面部１２１ｃと、の距離は、ワークＷと第２窪み部１２４の底部１２３との距離よりも小さい。なお、第４実施形態のその他の構成は、上述の第１実施形態と同様である。このプラズマ装置２００ｃにおいても、第１実施形態と同様に、塑性変形の発生を抑制することができる。また、異常放電の発生を抑制することができる。なお、第４実施形態においても、第２実施形態と同様に、上側ヒーター４１と下側ヒーター４２とがそれぞれ独立に制御される構成としてもよい。
図１１は、第４実施形態におけるプラズマ装置２００ｃを示す図である。プラズマ装置２００ｃと上述の第１実施形態におけるプラズマ装置２００（図１）とが異なる主な点は、パレット１３０を用いずワークＷが配置される点である。そのため、プラズマ装置２００ｃでは、真空容器１００ｃにおいて、第２型１２０ｃの第２平面部１２１ｃが絶縁部材３０ｃと接触しつつ、ワークＷと第２型１２０ｃとを離間させている。また、プラズマ装置２００ｃでは、第１実施形態のプラズマ装置２００と同様に、放射温度計４３，４４、ヒーター４１，４２、開閉装置５０、搬送装置５５、電力印加部７０、ガス供給装置８０、排気装置９０、及び、制御部９５を備えるが、図示の便宜上省略されている。なお、上述の第１実施形態と同様に、第４実施形態においても、ワークＷと絶縁部材３０ｃとの接触点Ｐ１ｃと、第１平面部１１１と、の距離は、ワークＷと第１窪み部１１４の底部１１３との距離よりも小さい。また、ワークＷと絶縁部材３０ｃとの接触点Ｐ２ｃと、第２平面部１２１ｃと、の距離は、ワークＷと第２窪み部１２４の底部１２３との距離よりも小さい。なお、第４実施形態のその他の構成は、上述の第１実施形態と同様である。このプラズマ装置２００ｃにおいても、第１実施形態と同様に、塑性変形の発生を抑制することができる。また、異常放電の発生を抑制することができる。なお、第４実施形態においても、第２実施形態と同様に、上側ヒーター４１と下側ヒーター４２とがそれぞれ独立に制御される構成としてもよい。
Ｅ．第５実施形態：
図１２は、第５実施形態におけるプラズマ装置２００ｒを示す図である。プラズマ装置２００ｒは、電力印加部７０により印加される電力（ＤＣ（Direct Current）電力）と高周波電力印加部７０ｒにより印加される電力（ＲＦ（Radio Frequency）電力）とを利用して、ワークＷの処理対象部分１０ｒＡにプラズマ処理を行うことが可能な装置である。そのため、プラズマ装置２００ｒは、第１電極７５と、第２電極７６と、高周波電力印加部７０ｒと、を備える。第１電極７５は、第１窪み部１１４ｒ内の底部１１３ｒ側に配置されている。第２電極７６は、第２窪み部１２４ｒ内の底部１２３ｒ側に配置されている。高周波電力印加部７０ｒは、制御部９５ｒの制御により、第１電極７５及び第２電極７６に電力を印加する。なお、高周波電力印加部７０ｒは、第１電極７５に印加する高周波電力の大きさと、第２電極７６に印加する高周波電力の大きさと、を異ならせることも可能である。第５実施形態において、第１型１１０ｒは、第１電極７５に高周波電力を印加するための電力導入部７１ｒと、真空容器１００ｒ内を排気するための排気口９１ｒと、を備える。第２型１２０ｒは、第２電極７６に高周波電力を印加するための電力導入部７２ｒと、真空容器１００ｒ内を排気するための排気口９１ｒと、を備える。電力導入部７１ｒと第１型１１０ｒとの間及び電力導入部７２ｒと第２型１２０ｒとの間は、絶縁部材３５によって電気的に絶縁されている。第５実施形態では、第１電極７５と第１型１１０ｒとの距離及び第２電極７６と第２型１２０ｒとの距離は、シースの距離よりも短い。そのため、第１電極７５と第１型１１０ｒとの間及び第２電極７６と第２型１２０ｒとの間には、プラズマは発生しない。
図１２は、第５実施形態におけるプラズマ装置２００ｒを示す図である。プラズマ装置２００ｒは、電力印加部７０により印加される電力（ＤＣ（Direct Current）電力）と高周波電力印加部７０ｒにより印加される電力（ＲＦ（Radio Frequency）電力）とを利用して、ワークＷの処理対象部分１０ｒＡにプラズマ処理を行うことが可能な装置である。そのため、プラズマ装置２００ｒは、第１電極７５と、第２電極７６と、高周波電力印加部７０ｒと、を備える。第１電極７５は、第１窪み部１１４ｒ内の底部１１３ｒ側に配置されている。第２電極７６は、第２窪み部１２４ｒ内の底部１２３ｒ側に配置されている。高周波電力印加部７０ｒは、制御部９５ｒの制御により、第１電極７５及び第２電極７６に電力を印加する。なお、高周波電力印加部７０ｒは、第１電極７５に印加する高周波電力の大きさと、第２電極７６に印加する高周波電力の大きさと、を異ならせることも可能である。第５実施形態において、第１型１１０ｒは、第１電極７５に高周波電力を印加するための電力導入部７１ｒと、真空容器１００ｒ内を排気するための排気口９１ｒと、を備える。第２型１２０ｒは、第２電極７６に高周波電力を印加するための電力導入部７２ｒと、真空容器１００ｒ内を排気するための排気口９１ｒと、を備える。電力導入部７１ｒと第１型１１０ｒとの間及び電力導入部７２ｒと第２型１２０ｒとの間は、絶縁部材３５によって電気的に絶縁されている。第５実施形態では、第１電極７５と第１型１１０ｒとの距離及び第２電極７６と第２型１２０ｒとの距離は、シースの距離よりも短い。そのため、第１電極７５と第１型１１０ｒとの間及び第２電極７６と第２型１２０ｒとの間には、プラズマは発生しない。
第５実施形態において、ワークＷのうち、第１窪み部１１４ｒ内及び第２窪み部１２４ｒ内に位置する部分には、ワークＷの上面側と下面側とを貫通する孔が設けられておらず、真空容器１００ｒが閉じた状態において、ワークＷは第１窪み部１１４ｒ内の空間と第２窪み部１２４ｒ内の空間とを分離（区画）する。そのため、これらの空間は、電気的に絶縁される。すなわち、ワークＷにより、第１窪み部１１４ｒ内に発生するプラズマと、第２窪み部１２４ｒ内に発生するプラズマとが、分離される。
プラズマ装置２００ｒでは、第１実施形態のプラズマ装置２００（図１）と同様に、放射温度計４３，４４及びヒーター４１，４２を備えるが、図示の便宜上省略されている。なお、第５実施形態のプラズマ装置２００ｒのその他の構成は、上述の第１実施形態のプラズマ装置２００と同様であるため、説明を省略する。
プラズマ装置２００ｒによるプラズマ処理では、上述の第１実施形態のプラズマ処理方法の電力が印加されるとともに、ヒーター４１，４２の加熱制御が行なわれる工程（図３のステップＳ５０）において、ワークＷに電力が印加されるのに加え、さらに、高周波電力印加部７０ｒにより第１電極７５及び第２電極７６に高周波電力が印加される。第５実施形態のその他のプラズマ処理方法は、上述の第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
第５実施形態のプラズマ装置２００ｒによれば、ワークＷにより第１窪み部１１４ｒ内の空間と第２窪み部１２４ｒ内の空間とが分離されており、これらの空間は電気的に絶縁されるため、第１電極７５に印加された高周波と第２電極７６に印加された高周波との位相が干渉することが抑制されるので、印加された電力を効率よく利用して、ワークＷの処理対象部分１０ｒＡを成膜又はエッチングすることができる。そのため、第１窪み部１１４ｒ内及び第２窪み部１２４ｒ内のプラズマ密度を増加させて、処理対象部分１０ｒＡの成膜密度やエッチング密度を高めることができる。また、プラズマ装置２００ｒにより処理対象部分１０ｒＡに成膜を行う場合には膜厚を厚くすることができ、プラズマ装置２００ｒにより処理対象部分１０ｒＡにエッチングを行う場合には、処理対象部分１０ｒＡのエッチング量を多くすることができる。
また、第５実施形態のプラズマ装置２００ｒによれば、ワークＷにより第１窪み部１１４ｒ内の空間と第２窪み部１２４ｒ内の空間とが分離され、高周波電力印加部７０ｒは第１電極７５に印加する高周波電力の大きさと、第２電極７６に印加する高周波電力の大きさと、を異ならせることが可能であるため、処理対象部分１０ｒＡの上面側と下面側との成膜密度やエッチング密度、膜厚やエッチング量を異ならせることができる。例えば、処理対象物１０ｒが燃料電池に用いられるセパレータであり、処理対象部分１０ｒＡの上面側に冷却水流路が形成されており、下面側に燃料ガスの流路が形成されている場合には、燃料電池の性能を高めるために、少なくとも下面側の成膜密度を高めることが好ましい。第５実施形態のプラズマ装置２００ｒによれば、第１電極７５に印加する電力は維持したまま、第２電極７６に印加する電力を大きくすることによって下面側のみ成膜密度を高めることができる。そのため、処理対象物１０ｒの一方の面の成膜密度やエッチング密度を高める場合において、消費される電力を抑制することができる。
なお、発明者らは、真空容器１００ｒ内の圧力が３０Ｐａであり、真空容器１００ｒ内に供給されるガスがピリジンガスであり、電力印加部７０によりワークＷに印加される電力が−２５００Ｖである場合において、第１電極７５と第２電極７６に印加する電力を異ならせて処理対象物１０ｒに成膜を行った。その結果、高周波電力印加部７０ｒにより第１電極７５に１３．５６ＭＨｚで−１００Ｗの電力を印加し、第２電極７６に１３．５６ＭＨｚで−１０００Ｗの電力を印加することで、処理対象部分１０ｒＡの上面側に５０ｎｍの厚さの膜が形成され、下面側に８０ｎｍの厚さの膜が形成されることを確認した。また、発明者らは、成膜後にＦＥ−ＳＥＭ（Field Emission-Scanning Electron Microscope：電界放射型走査電子顕微鏡）により処理対象部分１０ｒＡの上面側と下面側とを観察したところ、下面側では上面側に比べてより緻密な膜が形成されていることを確認した。
また、第５実施形態のプラズマ装置２００ｒによれば、上述の第１実施形態と同様の構成を備えるため、第１実施形態と同様に、塑性変形の発生を抑制することができる。また、異常放電の発生を抑制することができる。なお、第５実施形態においても、第２実施形態と同様に、上側ヒーター４１と下側ヒーター４２とがそれぞれ独立に制御される構成としてもよい。
Ｆ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
（１）変形例１
上述の第１実施形態のプラズマ装置２００のプラズマ処理方法（図３）において、例えば成膜速度を高めるために、原料ガスが供給される前に、電力印加部７０によりワークＷ（処理対象物１０、マスキング部材２０）と真空容器１００との間に電力を印加して、ワークＷの温度を昇温させてもよい。この場合、ヒーター４１，４２の加熱制御（図６）は、原料ガスが供給される前の電力の印加の開始とともに開始されることが好ましい。
上述の第１実施形態のプラズマ装置２００のプラズマ処理方法（図３）において、例えば成膜速度を高めるために、原料ガスが供給される前に、電力印加部７０によりワークＷ（処理対象物１０、マスキング部材２０）と真空容器１００との間に電力を印加して、ワークＷの温度を昇温させてもよい。この場合、ヒーター４１，４２の加熱制御（図６）は、原料ガスが供給される前の電力の印加の開始とともに開始されることが好ましい。
（２）変形例２
また、上述の第１実施形態のプラズマ装置２００では、図４に示したように、処理対象部分１０Ａの中央位置を処理対象部分１０Ａの計測対象部分Ｐｄとして、第１放射温度４３によってその計測対象部分Ｐｄの温度を計測している。また、非処理対象部分１０Ｂの長手方向（Ｘ方向）の外周端部の中央位置に対応する上側マスキング部材２１の位置を非処理対象部分１０Ｂの計測対象部分Ｐｎとして、第２放射温度計４４によってその計測対象部分Ｐｎの温度を計測している。しかしながら、これに限定されるものではない。例えば、処理対象部分１０Ａの中央位置以外の処理対象部分１０Ａのいずれかの位置の温度を計測するようにしてもよい。同様に、非処理対象部分１０Ｂの長手方向（Ｘ方向）の外周端部の中央位置に対応するマスキング部材２０の位置以外の非処理対象部分１０Ｂに対応するマスキング部材２０のいずれかの位置の温度を計測するようにしてもよい。また、複数の第１放射温度計４３によって処理対象部分１０Ａの複数の箇所の温度を計測してもよい。同様に、複数の第２放射温度計４４によって非処理対象部分１０Ｂに対応するマスキング部材２０（上側マスキング部材２１）の複数の箇所の温度を計測してもよい。この場合、例えば、複数の処理対象部分１０Ａの箇所の温度のうちの最高温度と、複数の非処理対象部分１０Ｂに対応する箇所の温度のうちの最低温度との温度差が許容温度差に収まるように、ヒーター４１，４２の加熱動作のフィードバック制御を行なうようにすればよい。すなわち、処理対象部分１０Ａの温度及び非処理対象部分１０Ｂの温度を計測し、処理対象部分１０Ａの温度に対する非処理対象部分１０Ｂの温度の差が許容温度差に収まるように、ヒーター４１，４２の加熱動作をフィードバック制御することができれば、処理対象部分１０Ａの計測対象部分及び非処理対象部分１０Ｂの計測対象部分に限定はない。
また、上述の第１実施形態のプラズマ装置２００では、図４に示したように、処理対象部分１０Ａの中央位置を処理対象部分１０Ａの計測対象部分Ｐｄとして、第１放射温度４３によってその計測対象部分Ｐｄの温度を計測している。また、非処理対象部分１０Ｂの長手方向（Ｘ方向）の外周端部の中央位置に対応する上側マスキング部材２１の位置を非処理対象部分１０Ｂの計測対象部分Ｐｎとして、第２放射温度計４４によってその計測対象部分Ｐｎの温度を計測している。しかしながら、これに限定されるものではない。例えば、処理対象部分１０Ａの中央位置以外の処理対象部分１０Ａのいずれかの位置の温度を計測するようにしてもよい。同様に、非処理対象部分１０Ｂの長手方向（Ｘ方向）の外周端部の中央位置に対応するマスキング部材２０の位置以外の非処理対象部分１０Ｂに対応するマスキング部材２０のいずれかの位置の温度を計測するようにしてもよい。また、複数の第１放射温度計４３によって処理対象部分１０Ａの複数の箇所の温度を計測してもよい。同様に、複数の第２放射温度計４４によって非処理対象部分１０Ｂに対応するマスキング部材２０（上側マスキング部材２１）の複数の箇所の温度を計測してもよい。この場合、例えば、複数の処理対象部分１０Ａの箇所の温度のうちの最高温度と、複数の非処理対象部分１０Ｂに対応する箇所の温度のうちの最低温度との温度差が許容温度差に収まるように、ヒーター４１，４２の加熱動作のフィードバック制御を行なうようにすればよい。すなわち、処理対象部分１０Ａの温度及び非処理対象部分１０Ｂの温度を計測し、処理対象部分１０Ａの温度に対する非処理対象部分１０Ｂの温度の差が許容温度差に収まるように、ヒーター４１，４２の加熱動作をフィードバック制御することができれば、処理対象部分１０Ａの計測対象部分及び非処理対象部分１０Ｂの計測対象部分に限定はない。
（３）変形例３
上述の第１実施形態のプラズマ装置２００（図１）を、Ｘ軸方向に９０°回転した構成としてもよい。この変形例では、真空容器１００は、Ｘ軸方向に開閉される。なお、本変形例では、絶縁部材３０、マスキング部材２０、パレット１３０は、脱落しないような結合力でそれぞれ嵌まり合っていることが好ましい。又は、絶縁部材３０、マスキング部材２０、パレット１３０は、それぞれ例えばボルト等で締結されていることが好ましい。
上述の第１実施形態のプラズマ装置２００（図１）を、Ｘ軸方向に９０°回転した構成としてもよい。この変形例では、真空容器１００は、Ｘ軸方向に開閉される。なお、本変形例では、絶縁部材３０、マスキング部材２０、パレット１３０は、脱落しないような結合力でそれぞれ嵌まり合っていることが好ましい。又は、絶縁部材３０、マスキング部材２０、パレット１３０は、それぞれ例えばボルト等で締結されていることが好ましい。
（４）変形例４
上述の第１実施形態において、プラズマ装置２００は、第１窪み部１１４内と第２窪み部１２４内との少なくとも一方に、高周波電力を印加可能な電極と、電極に高周波電力を印加する高周波電力印加部と、を備えていてもよい。このような構成であれば、電極に印加された高周波により、第１窪み部内や第２窪み部内に発生するプラズマの密度を増加させることができるので、成膜密度やエッチング密度を向上させることができ、膜厚やエッチング量を増加させることができる。また、異常放電の発生を抑制することができる。
上述の第１実施形態において、プラズマ装置２００は、第１窪み部１１４内と第２窪み部１２４内との少なくとも一方に、高周波電力を印加可能な電極と、電極に高周波電力を印加する高周波電力印加部と、を備えていてもよい。このような構成であれば、電極に印加された高周波により、第１窪み部内や第２窪み部内に発生するプラズマの密度を増加させることができるので、成膜密度やエッチング密度を向上させることができ、膜厚やエッチング量を増加させることができる。また、異常放電の発生を抑制することができる。
（５）変形例５
上述の第１実施形態では、接触点Ｐ１と第１平面部１１１との距離Ａ１は、ワークＷと第１平面部１１１との間に形成されるシースの距離よりも短く、接触点Ｐ２と第２平面部１２１との距離Ａ２は、ワークＷと第２平面部１２１との間に形成されるシースの距離よりも短い。これに対し、距離Ａ１と距離Ａ２とのうち、いずれか一方がシースの距離よりも大きくてもよく、両方がシースの距離よりも大きくてもよい。また、上述の第１実施形態では、距離Ａ１及び距離Ａ２は２．０ｍｍ以下である。これに対し、距離Ａ１と距離Ａ２のうち、いずれか一方が２．０ｍｍより大きくてもよく、両方が、２．０ｍｍより大きくてもよい。
上述の第１実施形態では、接触点Ｐ１と第１平面部１１１との距離Ａ１は、ワークＷと第１平面部１１１との間に形成されるシースの距離よりも短く、接触点Ｐ２と第２平面部１２１との距離Ａ２は、ワークＷと第２平面部１２１との間に形成されるシースの距離よりも短い。これに対し、距離Ａ１と距離Ａ２とのうち、いずれか一方がシースの距離よりも大きくてもよく、両方がシースの距離よりも大きくてもよい。また、上述の第１実施形態では、距離Ａ１及び距離Ａ２は２．０ｍｍ以下である。これに対し、距離Ａ１と距離Ａ２のうち、いずれか一方が２．０ｍｍより大きくてもよく、両方が、２．０ｍｍより大きくてもよい。
（６）変形例６
上述の第１実施形態では、第１窪み部１１４は、側部１１２と底部１１３とを備えているが、第１窪み部１１４は、第１平面部１１１から処理対象物１０と離れる方向に窪んでいればよく、例えば、半球状であってもよい。この場合には、第１窪み部１１４の底部１１３は、第１窪み部１１４と対向するワークＷから最も離れた箇所であってもよく、ワークＷと第１窪み部１１４の底部１１３との距離Ｂ１は、第１窪み部１１４と対向するワークＷと、第１窪み部１１４のワークＷから最も離れた箇所と、の距離であってもよい。
上述の第１実施形態では、第１窪み部１１４は、側部１１２と底部１１３とを備えているが、第１窪み部１１４は、第１平面部１１１から処理対象物１０と離れる方向に窪んでいればよく、例えば、半球状であってもよい。この場合には、第１窪み部１１４の底部１１３は、第１窪み部１１４と対向するワークＷから最も離れた箇所であってもよく、ワークＷと第１窪み部１１４の底部１１３との距離Ｂ１は、第１窪み部１１４と対向するワークＷと、第１窪み部１１４のワークＷから最も離れた箇所と、の距離であってもよい。
（７）変形例７
上述の第１実施形態では、真空容器１００及びパレット１３０はアース電位であるが、真空容器１００及びパレット１３０はアース電位でなくてもよい。電力印加部７０は真空容器１００と処理対象物１０との間に処理対象物１０を成膜又はエッチングのプラズマ処理を行なうための電力を印加できればよい。
上述の第１実施形態では、真空容器１００及びパレット１３０はアース電位であるが、真空容器１００及びパレット１３０はアース電位でなくてもよい。電力印加部７０は真空容器１００と処理対象物１０との間に処理対象物１０を成膜又はエッチングのプラズマ処理を行なうための電力を印加できればよい。
（８）変形例８
上述の第１実施形態では、処理対象物１０は燃料電池用のセパレータであるが、処理対象物１０は、導電性を有する部材であればよい。また、上述の第１実施形態では、プラズマ装置２００は炭素系の薄膜を成膜しているが、成膜を行う場合には、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、タンタル（Ｔａ）、シリコン（Ｓｉ）など他の導電性の元素の薄膜を形成するものとしてもよい。
上述の第１実施形態では、処理対象物１０は燃料電池用のセパレータであるが、処理対象物１０は、導電性を有する部材であればよい。また、上述の第１実施形態では、プラズマ装置２００は炭素系の薄膜を成膜しているが、成膜を行う場合には、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、タンタル（Ｔａ）、シリコン（Ｓｉ）など他の導電性の元素の薄膜を形成するものとしてもよい。
（９）変形例９
上述の第１実施形態において、第１型１１０と第２型１２０とは入れ替えられても良い。
上述の第１実施形態において、第１型１１０と第２型１２０とは入れ替えられても良い。
（１０）変形例１０
上述の変形例１〜変形例９は、上述の第２実施形態〜第５実施形態においても同様に適用が可能である。
上述の変形例１〜変形例９は、上述の第２実施形態〜第５実施形態においても同様に適用が可能である。
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態や変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組合せを行うことが可能である。また、前述した実施形態及び各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。
１０，１０ｒ…処理対象物
１０Ａ，１０ｒＡ…処理対象部分
１０Ｂ…非処理対象部分
２０…マスキング部材
２１…上側マスキング部材
２２，２２ｂ…下側マスキング部材
３０，３０ｂ，３０ｃ…絶縁部材
３５…絶縁部材
４１，４２…ヒーター
４３，４４…放射温度計
４３ｄ，４４ｄ…放射温度計（下側放射温度計）
４３ｕ，４４ｕ…放射温度計（上側放射温度計）
５０…開閉装置
５５…搬送装置
６０，６１，６２…シール部材
７０…電力印加部
７０ｒ…高周波電力印加部
７１，７１ｒ，７２ｒ…電力導入部
７５…第１電極
７６…第２電極
８０…ガス供給装置
８１…供給口
９０…排気装置
９１，９１ｒ…排気口
９５，９５ａ，９５ｒ…制御部
１００，１００ｂ，１００ｃ，１００ｒ…真空容器
１１０，１１０ｂ，１１０ｒ…第１型
１１１…第１平面部
１１２…側部
１１３，１１３ｒ…底部
１１４，１１４ｒ…第１窪み部
１２０，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｒ…第２型
１２１，１２１ｃ…第２平面部
１２２…側部
１２３，１２３ｒ…底部
１２４，１２４ｒ…第２窪み部
１３０…パレット
１３０ｔ…端部
２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｒ…プラズマ装置
Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ…距離
Ｐ１，Ｐ１ｂ，Ｐ１ｃ，Ｐ２，Ｐ２ｃ…接触点
Ｐｄ…計測対象部分（処理対象部分）
Ｐｎ…計測対象部分（非処理対象部分）
Ｑ１，Ｑ２…接続箇所
Ｔｐｄ…塑性変形発生温度差
Ｔｄ…処理対象部分の温度
Ｔｎ…非処理対象部分の温度
Ｗ…ワーク
１０Ａ，１０ｒＡ…処理対象部分
１０Ｂ…非処理対象部分
２０…マスキング部材
２１…上側マスキング部材
２２，２２ｂ…下側マスキング部材
３０，３０ｂ，３０ｃ…絶縁部材
３５…絶縁部材
４１，４２…ヒーター
４３，４４…放射温度計
４３ｄ，４４ｄ…放射温度計（下側放射温度計）
４３ｕ，４４ｕ…放射温度計（上側放射温度計）
５０…開閉装置
５５…搬送装置
６０，６１，６２…シール部材
７０…電力印加部
７０ｒ…高周波電力印加部
７１，７１ｒ，７２ｒ…電力導入部
７５…第１電極
７６…第２電極
８０…ガス供給装置
８１…供給口
９０…排気装置
９１，９１ｒ…排気口
９５，９５ａ，９５ｒ…制御部
１００，１００ｂ，１００ｃ，１００ｒ…真空容器
１１０，１１０ｂ，１１０ｒ…第１型
１１１…第１平面部
１１２…側部
１１３，１１３ｒ…底部
１１４，１１４ｒ…第１窪み部
１２０，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｒ…第２型
１２１，１２１ｃ…第２平面部
１２２…側部
１２３，１２３ｒ…底部
１２４，１２４ｒ…第２窪み部
１３０…パレット
１３０ｔ…端部
２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｒ…プラズマ装置
Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ…距離
Ｐ１，Ｐ１ｂ，Ｐ１ｃ，Ｐ２，Ｐ２ｃ…接触点
Ｐｄ…計測対象部分（処理対象部分）
Ｐｎ…計測対象部分（非処理対象部分）
Ｑ１，Ｑ２…接続箇所
Ｔｐｄ…塑性変形発生温度差
Ｔｄ…処理対象部分の温度
Ｔｎ…非処理対象部分の温度
Ｗ…ワーク
Claims (1)
- ワークの一部にプラズマ処理を行なうプラズマ装置であって、
前記ワークは、処理対象物と、前記処理対象物の処理対象部分の外周の非処理対象部分を覆うマスキング部材と、を有し、
前記プラズマ装置は、
第１型及び第２型を有し、閉じられた前記第１型及び前記第２型の内部に前記ワークを密封する容器と、
前記処理対象部分の温度を計測する第１放射温度計と、
前記非処理対象部分に対応する前記マスキング部材の部分の温度を計測する第２放射温度計と、
前記容器内に密封された前記ワークの前記マスキング部材を加熱する加熱器と、
前記プラズマ処理を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記プラズマ処理を行なう際に、前記第１放射温度計により計測される前記処理対象部分の温度と、前記第２放射温度計により計測される前記非処理対象部分の温度との温度差が、予め定めた前記処理対象部分の温度に対応する許容温度差に収まるように、前記加熱器をフィードバック制御する、プラズマ装置。
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